Memahami Kisaran Suhu Baja: Panduan untuk Penggunaan Optimal

Baja, material serbaguna dan banyak digunakan di berbagai industri, menunjukkan sifat dan perilaku yang berbeda pada rentang suhu yang berbeda. Memahami karakteristik yang bergantung pada suhu ini sangat penting bagi para insinyur, produsen, dan perancang untuk mengoptimalkan kinerja baja dalam berbagai aplikasi. Panduan komprehensif ini mengeksplorasi rentang suhu utama yang memengaruhi sifat baja dan memberikan wawasan tentang cara memanfaatkan pengetahuan ini untuk penggunaan yang optimal.

1. Suhu Ruangan (20°C hingga 100°C)

Pada suhu kamar, baja menampilkan sifat mekanik standarnya seperti yang ditentukan dalam lembar data material. Kisaran ini ideal untuk sebagian besar aplikasi sehari-hari, di mana kekuatan, keuletan, dan ketangguhan baja seimbang. Namun, penting untuk dicatat bahwa bahkan dalam kisaran ini, sedikit fluktuasi suhu dapat memengaruhi presisi dalam aplikasi dengan akurasi tinggi.

Pertimbangan utama:

• Ideal untuk sebagian besar aplikasi struktural dan mekanis
• Memberikan garis dasar untuk membandingkan perubahan properti pada suhu lain
• Cocok untuk proses fabrikasi dan penyambungan standar

2. Kisaran Suhu Rendah (-50°C hingga 20°C)

Ketika suhu turun di bawah suhu ruangan, baja umumnya menjadi lebih kuat tetapi kurang ulet. Fenomena ini, yang dikenal sebagai penggetasan suhu rendah, dapat secara signifikan memengaruhi kinerja baja di lingkungan dingin.

Pertimbangan utama:

• Peningkatan hasil dan kekuatan tarik
• Mengurangi keuletan dan ketangguhan benturan
• Risiko patah tulang yang lebih tinggi, terutama di area dengan tekanan tinggi
• Pemilihan mutu baja yang sesuai (misalnya, baja bersuhu rendah) untuk aplikasi kriogenik

Praktik terbaik:

• Melakukan pengujian material secara menyeluruh pada suhu servis yang diinginkan
• Menerapkan faktor keamanan yang lebih ketat dalam perhitungan desain
• Pertimbangkan untuk menggunakan baja paduan nikel untuk meningkatkan ketangguhan suhu rendah

3. Kisaran Panas Sedang (100°C hingga 450°C)

Pada rentang ini, baja mulai mengalami perubahan nyata dalam sifat mekaniknya. Meskipun kekuatan awalnya mungkin sedikit meningkat karena penuaan regangan, paparan yang berkepanjangan dapat menyebabkan efek temper dan penurunan kekuatan luluh secara bertahap.

Pertimbangan utama:

• Potensi kerapuhan biru (temper embrittlement) sekitar 300°C
• Penurunan kekuatan luluh dan modulus elastisitas secara bertahap
• Meningkatnya pentingnya ketahanan mulur untuk aplikasi jangka panjang

Praktik terbaik:

• Memperhitungkan kekuatan luluh yang berkurang dalam perhitungan desain
• Pertimbangkan untuk menggunakan baja tahan panas untuk pemaparan dalam waktu lama
• Menerapkan proses perlakuan panas yang tepat untuk mengoptimalkan properti

4. Kisaran Suhu Tinggi (450°C hingga 900°C)

Pada suhu tinggi ini, baja mengalami perubahan mikrostruktur yang signifikan, yang menyebabkan perubahan substansial pada sifat mekaniknya. Kisaran ini sangat penting untuk proses perlakuan panas tetapi dapat merusak kekuatan baja dalam kondisi layanan.

Pertimbangan utama:

• Penurunan dramatis dalam hasil dan kekuatan tarik
• Peningkatan keuletan dan kemampuan bentuk
• Oksidasi dan penskalaan yang dipercepat
• Potensi transformasi fasa (misalnya, pembentukan austenit)

Praktik terbaik:

• Memanfaatkan mutu baja tahan suhu tinggi (misalnya baja tahan karat)
• Menerapkan lapisan pelindung atau atmosfer terkendali untuk meminimalkan oksidasi
• Desain untuk mengurangi kapasitas penahan beban pada suhu tinggi
• Memanfaatkan peningkatan kemampuan bentuk untuk proses pembentukan panas

5. Kisaran Panas Ekstrem (Di atas 900°C)

Suhu di atas 900°C biasanya ditemukan dalam proses pembuatan baja, perlakuan panas, dan pengelasan. Pada suhu ekstrem ini, baja menjadi sangat mudah dibentuk dan mengalami perubahan struktur mikro yang signifikan.

Pertimbangan utama:

• Baja menjadi austenitik, sangat ulet, dan mudah dibentuk
• Pertumbuhan butiran yang cepat dapat terjadi, yang berpotensi melemahkan material
• Risiko pelelehan yang baru terjadi pada batas butir
• Rentang yang sangat penting untuk proses perlakuan panas (misalnya, austenisasi, normalisasi)

Praktik terbaik:

• Mengontrol waktu dan suhu dengan hati-hati untuk mencapai struktur mikro yang diinginkan
• Menerapkan teknik pendinginan cepat bila diperlukan untuk memperbaiki struktur butiran
• Gunakan metode fluks dan pelindung yang tepat dalam pengelasan untuk mencegah oksidasi
• Pertimbangkan efek dari siklus termal pada sifat akhir baja

Kisaran suhu penggunaan baja

Catatan:

1. Pembatasan penggunaan untuk A3F pelat baja adalah sebagai berikut:

(1) tidak boleh digunakan untuk komponen bertekanan dengan media yang sangat berbahaya, sangat berbahaya, atau mudah meledak;

(2) suhu penggunaan adalah 0 ~ 250 ℃;

(3) tekanan desain ≤0.6MPa;

(4) volume kapal ≤10m3;

(5) untuk komponen bertekanan utama (cangkang, kepala yang dibentuk), ketebalan pelat ≤12mm; untuk flensa, penutup flensa, dll., ketebalan pelat ≤16mm.

2. Batasan penggunaan untuk pelat baja A3 adalah sebagai berikut:

(1) tidak boleh digunakan untuk komponen bertekanan dengan media gas minyak bumi yang sangat berbahaya, sangat berbahaya, atau cair;

(2) volume kapal ≤10m3;

(3) untuk komponen bertekanan utama (cangkang, kepala yang dibentuk): suhu penggunaan 0 ~ 350 ℃; tekanan desain ≤1.0MPa; ketebalan pelat ≤16mm;

(4) untuk flensa, penutup flensa, lembaran tabung, dan komponen bertekanan serupa: suhu penggunaan> -20 ~ 350 ℃; tekanan desain ≤4.0MPa; P × Di≤2000 (D adalah diameter nominal dalam mm; P adalah tekanan desain dalam MPa).

Ketika suhu penggunaan -20 ℃) dan ketebalan pelat ≥30mm, ketangguhan impak suhu ruangan dari pelat baja (longitudinal, spesimen Charpy berbentuk V, nilai rata-rata tiga spesimen per kelompok) tidak boleh kurang dari 27J.

3. Batasan penggunaan untuk pelat baja 16Mn adalah sebagai berikut:

(1) pelat baja tanpa pemeriksaan tambahan atau jaminan persyaratan ketangguhan benturan suhu ruangan tidak boleh digunakan untuk komponen utama bejana bertekanan;

(2) bila digunakan untuk flensa, penutup flensa, lembaran tabung, dan komponen bertekanan serupa, batasan penggunaannya sama dengan baja A3;

(3) setelah pemeriksaan atau pemeriksaan ulang, jika ketangguhan impak suhu ruangan dijamin (longitudinal, spesimen Charpy berbentuk V, nilai rata-rata tiga spesimen per kelompok) tidak kurang dari 27J, dapat digunakan sebagai komponen bertekanan utama bejana tekan, dan batasan penggunaannya adalah sebagai berikut: a. suhu desain 0 ~ 350 ℃; b. tekanan desain ≤2.5MPa; c. ketebalan pelat ≤30mm.

4. Saat ini tidak ada standar pelat baja atau pipa baja untuk 16Mo dan INCOLOY 800, dan tidak ada standar pelat baja untuk 12CrMo, 15CrMo, 12Cr2Mo1, dan 1Cr5Mo. Desainnya dapat mengacu pada standar baja asing yang sesuai.

5. Ketika suhu penggunaan jangka panjang 16Mo melebihi 475 ℃, pengaruh kecenderungan grafitisasi harus dipertimbangkan. Oleh karena itu, komponen bertekanan dengan waktu penggunaan kumulatif melebihi 4 tahun harus diperiksa untuk mengetahui adanya grafitasi.

6. Suhu penggunaan jangka panjang baja tahan karat austenitik karbon sangat rendah yang melebihi 425 ℃ akan mengakibatkan pengendapan kromium karbida pada batas butir, yang menyebabkan hilangnya ketahanan korosi antar butir.

7. Baja tahan karat feritik pelat baja (tidak termasuk pelat komposit) dengan kandungan kromium nominal ≥13% tidak boleh digunakan sebagai komponen bertekanan utama bejana bertekanan dengan tekanan desain ≥0,25MPa dan ketebalan dinding> 6mm.

8. Suhu minimum yang ditunjukkan dalam tabel adalah nilai suhu batas bawah yang berlaku untuk standar ini (> -20 ℃).

9. "Suhu oksidasi maksimum" dalam tabel hanya berlaku untuk komponen yang tidak tertekan dengan tegangan rendah.

Sumber: Kode Desain HGJ15-89 untuk Pemilihan Bahan Kapal Kimia Baja dari Kementerian Industri Kimia Republik Rakyat Tiongkok.

Suhu penggunaan baja tahan panas tahan karat